廣東海洋大學(xué)-衛(wèi)星海洋學(xué)期末復(fù)習(xí)資料.

1、這只是小生整理的資料，僅作參考第一章 緒論1.名詞解釋遙感：在一定距離以外獲取目標(biāo)的信息，通過(guò)對(duì)信息的分析研究來(lái)確定目標(biāo)物的屬性以及目標(biāo)物之間的相互關(guān)系的過(guò)程。海洋遙感技術(shù)：利用傳感器對(duì)海洋進(jìn)行遠(yuǎn)距離非接觸觀測(cè) 而獲取描述海洋現(xiàn)象的信息技術(shù)。主要組成部分是電磁波為載體遙感技術(shù)和聲波為載體遙感技術(shù)。2.概念掌握遙感技術(shù)所使用的電磁波段主要為紫外、可見(jiàn)光、紅外和微波等波段。紫外（0.20.4），可見(jiàn)光（0.40.7，紅橙黃綠青藍(lán)紫），紅外（0.71000，近中熱遠(yuǎn)），微波（0.1100cm）。遙感的分類(lèi)（按照遙感方式）主動(dòng)式：雷達(dá)、散射計(jì)、高度計(jì)、激光雷達(dá)等；被動(dòng)式 ：照相機(jī)、可見(jiàn)光和紅外掃描儀、

2、微波輻射計(jì)。氣象衛(wèi)星分為太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星和地球同步或地球靜止軌道衛(wèi)星。前者在大約800km高空工作，缺點(diǎn)是對(duì)某一地區(qū)每天只能觀測(cè)兩次（紅外和微波傳感器）。后者在大約35000km的高空對(duì)地球表面近五分之一的地區(qū)進(jìn)行氣象觀測(cè)，實(shí)時(shí)將資料送回地面，但不能觀測(cè)唯獨(dú)大于55的地區(qū)。衛(wèi)星海洋遙感的應(yīng)用：風(fēng)暴潮災(zāi)害的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)；巨浪災(zāi)害的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)；海冰災(zāi)害的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)；海嘯災(zāi)害的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)；海上溢油的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)；海洋赤潮的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)；海洋變異的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)（海平面上升、全球變暖、EL-NINO）。衛(wèi)星遙感的特征：能夠獲取長(zhǎng)時(shí)間、大范圍、近實(shí)時(shí)和近同步監(jiān)測(cè)資料;全天時(shí)、全天候， 如微波能夠穿透

3、云層。分類(lèi)：氣象衛(wèi)星，海洋衛(wèi)星和陸地衛(wèi)星。海洋參數(shù)：海表面溫度，海表面鹽度，海平面異常，海流，海表面風(fēng)，海浪，海洋內(nèi)波，懸浮物濃度，葉綠素濃度，色素濃度，水色。第二章1. 名詞解釋軌道傾角i:衛(wèi)星軌道平面與赤道平面的夾角（使用i和兩個(gè)角可以確定衛(wèi)星軌道平面的方位）星下點(diǎn)：衛(wèi)星在地球表面的投影；星下點(diǎn)軌跡：衛(wèi)星每繞地球完成一圈公轉(zhuǎn)在地球表面上形成的一 個(gè)不閉合的軌跡。節(jié)點(diǎn)：衛(wèi)星星下點(diǎn)軌跡與此道的交點(diǎn)。升軌：衛(wèi)星由南向北方運(yùn)行 降軌：衛(wèi)星由北向南運(yùn)行節(jié)點(diǎn)周期（軌道周期）：相鄰兩個(gè)升軌點(diǎn)之間的時(shí)間間隔一個(gè)PASS：最南端和最北端之間的星下點(diǎn)軌跡，對(duì)應(yīng)半個(gè)節(jié)點(diǎn)周期。一個(gè)“CYCLE”（一個(gè)重復(fù)周期）：

4、衛(wèi)星環(huán)繞地球多圈后回到原來(lái)位置對(duì)應(yīng)的星下軌跡。精確的循環(huán)軌道或回歸軌道：衛(wèi)星環(huán)繞地球多圈后能恰好回到原來(lái)軌道位置的軌道。準(zhǔn)循環(huán)軌道或準(zhǔn)回歸軌道：星環(huán)繞地球多圈后不能正好回歸到原來(lái)的軌道位置，但能近似地回歸到原來(lái)的軌道位置 。重復(fù)周期：衛(wèi)星從某地上空開(kāi)始運(yùn)行，經(jīng)過(guò)若干時(shí)間的運(yùn)行后回到原地上空時(shí)所需的時(shí)間。再訪問(wèn)時(shí)間：地球上某一地點(diǎn)被衛(wèi)星裝載的傳感器先后兩次觀測(cè)的時(shí)間區(qū)間。太陽(yáng)同步極軌軌道：衛(wèi)星在每天的同一當(dāng)?shù)貢r(shí)間穿過(guò)赤道的軌道。軌道傾角i 90，這顆衛(wèi)星就能經(jīng)過(guò)南極和北極地區(qū)，也稱(chēng)為近極軌軌道。地球同步軌道：衛(wèi)星環(huán)繞地球角速度的緯向分量=地球自轉(zhuǎn)角速度，軌道傾角i=0的軌道。高度計(jì)衛(wèi)星軌道：為監(jiān)

5、測(cè)衛(wèi)星與地球之間的距離、海表面地形等而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)衛(wèi)星軌道，略高于太陽(yáng)同步軌道。光學(xué)分辨率：根據(jù)瑞利判據(jù)，能夠使兩個(gè)像元恰可分辨的兩個(gè)物體的最小角距離。微波雷達(dá)的分辨率：相鄰兩個(gè)盲點(diǎn)的角距離之差。（）2. 概念掌握 h：衛(wèi)星高度，m：衛(wèi)星質(zhì)量, R ：代表地球半徑， GM = 代表地球引力常數(shù)，T = 86164 s（秒）代表地球的一個(gè)太陽(yáng)日運(yùn)行周期。光學(xué)分辨率的最小分辨角：，空間分辨率：光的波長(zhǎng) D望遠(yuǎn)鏡物鏡的孔徑 H望遠(yuǎn)鏡和地球表面的距離微波雷達(dá)的分辨率:空間分辨率:D接收天線的長(zhǎng)度三種掃描技術(shù) 交叉軌道特點(diǎn)；沿軌或推掃式掃描； 混合垂直軌道掃描無(wú)論是光學(xué)裝置還是微波雷達(dá)，它們的角分辨率由D唯

6、一確定；它們的空間分辨率由、D和r三個(gè)參數(shù)確定。第3章 電磁輻射1. 名詞解釋微波：微波也是一種無(wú)線電波；在無(wú)線電波范圍內(nèi)，微波的波長(zhǎng)最“微小”，所以被稱(chēng)為微波。極化：任何電磁波都可以分解成水平極化和垂直極化兩個(gè)部分。水平極化的電場(chǎng)與參考平面垂直，垂直極化的電場(chǎng)與參考平面平行。立體角：假設(shè)電磁波從波源dA自發(fā)輻射，到達(dá)半徑為R的球面的一個(gè)波束對(duì)應(yīng)著一個(gè)立體角微分元。輻射能Q：表示輻射能量的多少，J。 輻射通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間里通過(guò)一個(gè)面積的能量，W。 輻射強(qiáng)度I ：點(diǎn)光源在特定方向上單位立體角的輻射通量，W*sr(-1)。輻亮度L (出射輻射)：沿輻射方向單位面積和單位立體角的輻射通量。 亮度B(入

7、射輻射）:沿輻射方向單位面積和單位立體角的輻射通量， 主要被用來(lái)描述“亮溫”或“亮度溫度”。 光譜輻亮度：代表在單位波段內(nèi)沿輻射方向單位面積和單位立體角 的輻射通量。 輻照度E：表示通過(guò)單位面積的輻射通量。 光譜輻照度E()：輻照度相對(duì)于頻率或波長(zhǎng)的能量分布。根據(jù)能量守恒定律，對(duì)于入射的“光譜的”輻照度，我們有： 式中i 表示入射，r表示反射，a表示吸收，t表示透射 。吸收率a() 反射率r() 透射率t() 且有 發(fā)射率e() ：也被稱(chēng)為一個(gè)物體的灰度，以鑒別它距離黑體的靠 近程度。菲涅耳反射率：反射的輻亮度與入射的輻亮度之比。（）反射率r：反射的輻照度與入射的輻照度之比。黑體：發(fā)射率e等于

8、1的理想輻射體，黑體發(fā)射的輻亮度只與溫度 有關(guān)。e小于1的為灰體。 黑體輻射定律：黑體發(fā)射的輻亮度是它的溫度和所輻射的電磁波波 長(zhǎng)的函數(shù)。亮溫：如果已知海面發(fā)射的輻亮度，那么利用普朗克輻射定律或者瑞利-金斯定律可以計(jì)算海表面溫度（SST）。 這樣獲得的溫度不是海水的真實(shí)溫度，它被稱(chēng)為海表面的亮溫?；鶢柣舴蚨桑喝绻橘|(zhì)處于局部熱力學(xué)平衡條件下，那么它吸收能量的速率和輻射能量的速率相等。另一種等價(jià)表達(dá)：普朗克輻射定律：黑體發(fā)射的輻亮度是它的溫度和所輻射的電磁波波長(zhǎng)的函數(shù)。 公式： 將f = c 、df =（c2）d 以及L（）|d| = L（f）|df| 代入，可獲得另一表達(dá)形式：（）瑞利-金斯

9、定律：利用普朗克定律將輻照度E（f）= L（f）對(duì)頻率積分，獲得斯忒藩-玻耳茲曼定律 式中 = 5.67*10-8 Wm-2K-4是常數(shù)。一般地，地表物體以地表溫度T（大約300K）輻射。如果頻率f低于600GHz，那么不等式hf/(kbT)<<1成立?？色@得泰勒公式的一階展開(kāi)式 把此式代入普朗克定律，可獲得瑞利-金斯定律 維恩位移定律：這就是維恩位移定律。式中b = 2.8978*10-3 mK 。根據(jù)此定律，表面溫度越高的黑體的輻射峰值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)越低。菲涅耳反射率： 復(fù)折射率n與相對(duì)電容率r 。2. 概念掌握宇宙中的“黑洞”（black hole）不是黑體。黑洞的吸收率等于1，

10、發(fā)射率等于0，不滿(mǎn)足基爾霍夫定律的條件，它的質(zhì)量和能量在不斷地增加，并不保持平衡。黑體輻射的簡(jiǎn)單推導(dǎo)：有普朗克輻射定律：-電磁波波長(zhǎng) c光速 h普朗克常量 玻耳茲曼常量 T黑體溫度將f = c 、df =（c2）d 以及L（）|d| = L（f）|df| 代入式，可獲得另一表達(dá)形式： -利用普朗克定律公式，將輻照度E（f）= L（f）對(duì)頻率積分，獲得斯忒藩-玻耳茲曼定律 式中 = 5.67*10-8 Wm-2K-4是常數(shù)。一般地，地表物體以地表溫度T（大約300K）輻射。如果頻率f低于600GHz，那么不等式hf/(kbT)<<1成立。可獲得泰勒公式的一階展開(kāi)式 把 此式代入普朗克

11、定律公式，可獲得瑞利-金斯定律 頻率一般采用GHz作單位，波長(zhǎng)一般采用nm作單位， 第4章 散射和吸收1. 名詞解釋復(fù)折射率： n是電磁波從空氣向海水傳播時(shí)在海水的折射率，n''表示電磁波在介質(zhì)內(nèi)部傳播的衰減程度。 穿透深度：輻照度在海水中傳播衰減為初始值的1/e所經(jīng)過(guò)的距 離。衰減系數(shù)：衰減系數(shù)包括吸收系數(shù)和散射系數(shù)，它們分別描述電磁波在傳播中由于介質(zhì)吸收和散射產(chǎn)生的衰減輕重程度。光學(xué)深度：衰減系數(shù)沿傳播路徑上的積分。漫衰減系數(shù)、光束衰減系數(shù)： 使用不同方法測(cè)量的衰減系數(shù)可分為漫衰減系數(shù)和光束衰減系數(shù)。 前者是在自然光場(chǎng)下測(cè)量獲得；后者在人為設(shè)置的“準(zhǔn)直光束”光 場(chǎng)條件下測(cè)量

12、。體積散射函數(shù)：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度、單位立體角內(nèi)散射的輻射能與入射的總輻射能之比。 注意：海水的散射主要集中在前向散射，前向散射占90%，后向10%（）大氣窗：通過(guò)大氣的太陽(yáng)輻射或地球大氣輻射將被大氣中某些氣 體所吸收，這些吸收隨波長(zhǎng)的變化很大，在某些波段的吸 收很強(qiáng)，而在另一些波段的吸收則很弱，在這些吸收最弱 的波段，太陽(yáng)輻射和地球大氣輻射可以象光通過(guò)窗戶(hù)那樣 透過(guò)大氣，這些波段稱(chēng)做大氣窗。大氣窗主要出現(xiàn)在強(qiáng)吸 收帶或線之間。2. 概念掌握 輻射計(jì)探測(cè)的輻亮度 L輻亮度，與大氣溫度相同的黑體輻射，與海表面溫度相同的黑體發(fā)射的輻亮度，t大氣的透射率，到達(dá)衛(wèi)星輻射計(jì)的輻亮度。米氏散射條件：q（粒子的周長(zhǎng)與

13、電磁波波長(zhǎng)之比）小于1的球 形粒子對(duì)電磁波的散射。 瑞利散射條件：q遠(yuǎn)小于1的球形粒子對(duì)電磁波的散射。第5章 水色遙感與輻射計(jì)1. 名詞解釋輻射計(jì)：一種被動(dòng)遙感傳感器；根據(jù)波段大小的分類(lèi)可見(jiàn)光和近紅外輻射計(jì)、紅外輻射計(jì)、熱紅外輻射計(jì)、微波輻射計(jì)。水色和海色：水色（water color）或海色（ocean color）是太陽(yáng)光經(jīng)水體或海水散射后，可見(jiàn)光和近紅外輻射計(jì)監(jiān)測(cè)到的散射光的顏色。水色三要素 ：浮游植物的葉綠素、無(wú)機(jī)的懸浮物和有機(jī)的黃色物質(zhì)。水色三要素的種類(lèi)和濃度決定了水體的顏色。初級(jí)生產(chǎn)力：?jiǎn)挝幻娣e（平方米）的海面在單位時(shí)間（小時(shí)、天、年）內(nèi)浮游植物中碳元素的增長(zhǎng)量（毫克、克），單位。

14、意義初級(jí)生產(chǎn)力描述在單位面積海面以下的水柱浮游植物通過(guò)光合作用固定碳的凈速率。 第一類(lèi)水體：浮游植物及其“伴生”腐殖質(zhì)對(duì)水體的光學(xué)特性起主要作用的水體。第二類(lèi)水體：無(wú)機(jī)懸浮物（如淺水區(qū)海底沉積物的再次懸浮物和河流帶來(lái)的泥沙）或黃色物質(zhì)（又稱(chēng)溶解的有色有機(jī)物）對(duì)水體的光學(xué)特性有不可忽視的明顯作用的水體。離水輻亮度：被表層海水散射的太陽(yáng)輻射，不是海水自發(fā)輻射，與海水發(fā)射率無(wú)關(guān)。 遙感反射率：太陽(yáng)光離水輻亮度的標(biāo)準(zhǔn)化形式。 的定義：Lw ()是太陽(yáng)光在海面的離水輻亮度，d（，0+）是太陽(yáng)光在海面的下行輻照度，代表平均日地距離處大氣層外垂直入射的太陽(yáng)輻照度。海洋水色的生物光學(xué)算法： 分析算法；波段比值

15、模型的分析基礎(chǔ) ；基于藍(lán)綠比值的SeaWiFS經(jīng)驗(yàn)算法；基于藍(lán)綠比值的MODIS經(jīng)驗(yàn)算法；基于藍(lán)綠比值的CZCS經(jīng)驗(yàn)算法。二類(lèi)水體的水色反演算法： 代數(shù)法和非線性最優(yōu)化法；主成分分析法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法；經(jīng)驗(yàn)算法；葉綠素-a垂向最大值的經(jīng)驗(yàn)算法 。2. 概念掌握可見(jiàn)光和近紅外輻射計(jì)（水色遙感）：遙感海水的葉綠素濃度、懸浮泥沙濃度、海水漫衰減系數(shù)等。紅外輻射計(jì)：氣象和陸地衛(wèi)星上，遙感雪、冰、氣溶膠、薄卷云等。熱紅外輻射計(jì)：主要應(yīng)用在氣象和海洋衛(wèi)星上，遙感海面上空水汽含量、大氣剖面溫度和濕度、海表面溫度等。微波輻射計(jì)：主要應(yīng)用在海洋衛(wèi)星上，遙感海表面溫度、海面風(fēng)速和風(fēng)向、海面上空水汽含量、可降水量

16、等。水色衛(wèi)星遙感的大氣校正方程 式中Li() 代表衛(wèi)星探測(cè)的輻亮度，腳標(biāo)i 代表傳感器第i 個(gè)通道；LR() 代表大氣的分子散射的輻亮度，腳標(biāo)R是Rayleigh的英文首字母，大氣分子對(duì)所有波段電磁波的散射均屬于瑞利散射；LA() 代表氣溶膠散射的輻亮度，腳標(biāo)A是氣溶膠的英文首字母；Lr () 代表海面的鏡面反射，也稱(chēng)為太陽(yáng)耀斑，太陽(yáng)耀斑應(yīng)該避免；t(,) 是大氣的漫透射率，T(,) 是大氣的直接透射率，是傳感器第i 個(gè)通道對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)；是衛(wèi)星天頂角；Lw() 是離水輻亮度。MODIS的大氣校正方程 式中Li ()是衛(wèi)星能探測(cè)到的波長(zhǎng)為的輻亮度，是大氣分子瑞利散射的輻亮度，是氣溶膠散射的輻亮度，

17、是大氣分子和氣溶膠粒子多次散射的輻亮度，是離水輻亮度，是海浪破碎生成白冠（white caps）引起的輻亮度，Lr () 是海表面的鏡面反射，t是大氣的漫透射率，T是直接透射率。輻照度與輻亮度的關(guān)系：離水輻亮度Lw(,0)與海面下的向上輻亮度的關(guān)系是 式中Lu（,0）代表海面下的向上輻亮度，自變量“”表示表示剛好處于水表面以下下角標(biāo)“”表示向上輻亮度；n'是海-氣界面復(fù)折射率的實(shí)部，它也稱(chēng)為折射率；在可見(jiàn)光和近紅外波段，n 1.33 ；在式子的分母中， 表明光波由海水到大氣傳播時(shí)光束立體角的變化能夠帶來(lái)輻亮度的變化。 第6章 熱紅外輻射計(jì)1. 名詞解釋(搵唔到)2. 概念掌握.熱紅外波

18、段對(duì)應(yīng)于300K的地球表面自發(fā)輻射的輻亮度最大的波段。根據(jù)普朗克黑體輻射定律，在熱紅外波段輻射計(jì)接收到的輻射功率代表著地球表面的“冷”或者“熱”，因此，地球表面自發(fā)輻射最強(qiáng)的波段被稱(chēng)為熱紅外波段。與地球反射的可見(jiàn)光相比，熱紅外信號(hào)一般較弱；但是，由于其波長(zhǎng)比可見(jiàn)光波長(zhǎng)要長(zhǎng)，具有較大的繞射能力和穿透能力，不易受到霧、煙塵和氣溶膠的影響；即使穿過(guò)大氣層，熱紅外遙感也能夠測(cè)到比較清晰的圖像。 紅外輻射計(jì)在大氣、海洋、陸地環(huán)境和資源調(diào)查方面的應(yīng)用日益廣泛，主要用于探測(cè)云層、海水、陸地的表面溫度、葉綠素濃度和植被構(gòu)成。與紅外輻射計(jì)有關(guān)的輻射計(jì)一般分作兩類(lèi)：可見(jiàn)光和近紅外輻射計(jì)、熱紅外輻射計(jì)。大氣和海洋的

19、紅外特性：接近黑體輻射的大氣3-4、8-9、10-12、11窗口；8窗口對(duì)水汽的改變非常敏感。整層大氣的傳輸方程 衛(wèi)星接受到的輻射 = 經(jīng)大氣衰減的表面輻射+大氣路徑輻射根據(jù)普朗克函數(shù)重寫(xiě)上式，同時(shí)假定海面為黑體， 可以看出，Ti是T平均、Ts和ti 的函數(shù)。利用泰勒級(jí)數(shù)的第一級(jí)，對(duì)T的每個(gè)通道展開(kāi)： 把上式帶入輻射傳輸方程，整理得到兩通道的方程: SST算法的分裂窗形式 是從一組海洋上的溫度和濕度無(wú)線電探空數(shù)據(jù)中估算出來(lái)。第七章 微波輻射計(jì)1.概念掌握微波能夠穿透較薄的云層，故星載微波輻射計(jì)被稱(chēng)為全天候衛(wèi)星探測(cè)器。微波輻射計(jì)可以全天候探測(cè)海表面溫度、鹽度、風(fēng)速、大氣垂直溫度和濕度剖面、大氣中

20、的水汽含量和可降水量。影響微波探測(cè)的因素：水汽和氧氣的吸收、海表面的粗糙度、電離層、宇宙背景微波輻射等。衛(wèi)星觀測(cè)方向與垂線的夾角被稱(chēng)為衛(wèi)星的天頂角（zenith angle）或觀測(cè)角（view angle），微波輻射計(jì)接收到的海面輻亮度的大小受觀測(cè)角影響很大。按測(cè)量目的區(qū)分，微波輻射計(jì)可分為探測(cè)儀和成像儀:探測(cè)儀主要應(yīng)用在氣象衛(wèi)星上，波段多選擇在氧氣和水汽吸收帶和附近頻率，用于測(cè)量大氣垂直溫度和濕度廓線，要求大尺度低分辨率，通常采用垂直軌道掃描方式；成像儀主要應(yīng)用在海洋衛(wèi)星上，波段（C、X、K波段）頻率通常較低，分辨率要求較高，通常采用圓錐形掃描方式。衛(wèi)星觀測(cè)方向與垂線的夾角被稱(chēng)為衛(wèi)星的天頂角

21、（zenith angle）或觀測(cè)角（view angle），微波輻射計(jì)接收到的海面輻亮度的大小受觀測(cè)角影響很大。風(fēng)向的180度不確定性：海浪在順風(fēng)方向和逆風(fēng)方向上的能量分布完全不一樣。然而，當(dāng)衛(wèi)星傳感器沿順風(fēng)方向或者逆風(fēng)方向觀測(cè)海浪時(shí)，它并不能有效地分辨波浪究竟是沿順風(fēng)方向或者逆風(fēng)方向傳播。在遙感監(jiān)測(cè)中，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為風(fēng)向的180度不確定性，即在逆風(fēng)方向（方位角=0°）和順風(fēng)方向（方位角=180°）時(shí)，海表面亮溫的大小非常接近。因此，風(fēng)向的180度不確定性也會(huì)導(dǎo)致L波段（f=1.4GHz）微波輻射計(jì)對(duì)海表面鹽度反演的較大誤差。 平靜海面的微波發(fā)射率：根據(jù)適合兩介質(zhì)界面處的

22、基爾霍夫定律，海面發(fā)射率e與菲涅耳反射率關(guān)系是 式中右下角的“H”和“V”分別表示水平極化和垂直極化，是觀測(cè)角。使用微波輻射計(jì)可以遙感海表面溫度、海表面鹽度和海上風(fēng)速等物理海洋參數(shù)。目前提出的粗糙海面發(fā)射率模型包括兩尺度模型和直接發(fā)射模型兩類(lèi)。輻射計(jì)接收到的海面輻射用輻亮度L表示。根據(jù)瑞利-金斯定律，輻亮度在微波波段與溫度呈線性關(guān)系。在不考慮大氣校正時(shí)，輻射計(jì)探測(cè)到的海面亮溫與海表面溫度關(guān)系為：，e為粗糙海面發(fā)射率?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和粗糙海面亮溫模型的理論計(jì)算結(jié)果均表明，粗糙海面的亮溫不僅是海表面溫度和海表面鹽度的函數(shù)，而且是海面風(fēng)速和風(fēng)向的函數(shù)。第8章 散射計(jì)1. 名詞解釋散射計(jì)：一種專(zhuān)門(mén)監(jiān)測(cè)全球海

23、表面風(fēng)的主動(dòng)微波雷達(dá)。主要是利用后相散射系數(shù)與方位角之間的關(guān)系反演全球風(fēng)場(chǎng)；用衛(wèi)星攜帶的散射計(jì)可獲得全天候、高分辨率的全球海洋近表面風(fēng)資料。例如：觀測(cè)極地的浮冰和陸地冰。鏡面反射：海表面上許多像鏡子似的小平面對(duì)電磁波產(chǎn)生的反射，這些小平面的尺度應(yīng)大于被反射的電磁波的波長(zhǎng)；粗糙海面發(fā)生的反射，也稱(chēng)為鏡點(diǎn)反射。后向散射：在粗糙表面發(fā)生散射中，電磁波所有的入射方向上的散射統(tǒng)稱(chēng)為后向散射。2. 概念掌握散射計(jì)反演風(fēng)場(chǎng)原理歐空局ERS1/2衛(wèi)星采用前、中、后三個(gè)天線依次探測(cè)海洋上同一個(gè)25km×25km的面積元，即同一個(gè)面積元被連續(xù)探測(cè)三次，三個(gè)天線發(fā)出的電磁波束在海面的投影與衛(wèi)星在海面的軌跡

24、分別有45o、90o和135o的夾角。對(duì)同一個(gè)點(diǎn)元，三個(gè)天線探測(cè)的入射角也各不相同，入射角的分布范圍是18o到58o。依據(jù)反演的算法，每個(gè)天線的測(cè)量給出一個(gè)方程，三個(gè)天線的測(cè)量給出的三個(gè)方程組成一個(gè)方程組。 如果是100，就是20分貝；如果是0.001，就是-30分貝。對(duì)于無(wú)風(fēng)平靜海面，入射電磁波將發(fā)生鏡面反射，反射特性由菲涅爾系數(shù)確定。隨著風(fēng)速和海面粗糙度的增加，鏡面反射減小，后向散射增加 布喇格共振散射布喇格共振條件是 或 式中k是波數(shù),是波長(zhǎng)，是入射角，即雷達(dá)波束與海面垂線的夾角。下圖給出了雷達(dá)發(fā)射的電磁波與海表面毛細(xì)重力波之間產(chǎn)生布喇格共振條件的示意圖。當(dāng)，等于雷達(dá)波長(zhǎng)radar時(shí)，從

25、海面上后向散射的電磁波有相同的相位（phase），具有相同相位的電磁波相遇產(chǎn)生布喇格共振。第9章 高度計(jì)1. 名詞解釋高度計(jì)：高度計(jì)是通過(guò)向海面發(fā)射尖脈沖，并接受返回脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行觀測(cè)，是一種主動(dòng)遙感傳感器。使用高度計(jì)（altimeter）可以實(shí)現(xiàn)對(duì)海表面高度SSH、有效波高SWH、海面地形等動(dòng)力參數(shù)的測(cè)量，同時(shí)可以獲取海流、海浪、潮汐、海表面風(fēng)等動(dòng)力參數(shù)信息。高度計(jì)觀測(cè)的重點(diǎn)在于確定相對(duì)大地水準(zhǔn)面的海面高度。地形幾何學(xué)：包括大地水準(zhǔn)面、參考橢球面、大地準(zhǔn)面起伏、海面高度或者海表面地形、海表面高度、海表面異常、海平面、海平面高度、海平面異常等。參考橢球面：僅在重力和離心力作用下質(zhì)量均勻的地球形

26、狀。大地水準(zhǔn)面起伏（波動(dòng)）：大地水準(zhǔn)面相對(duì)于參考橢球面的距離。大氣水準(zhǔn)面：沒(méi)有外力和內(nèi)部運(yùn)動(dòng)時(shí)海面的形狀。 海面地形：海表面相對(duì)于大地水準(zhǔn)面的距離；是由海流、潮汐和中尺度渦等海水運(yùn)動(dòng)和大氣壓變化引起的，幅度的量級(jí)為1m。海表面高度、海表面異常： 海表面高度是指海表面相對(duì)于參考橢球面的距離；海表面異常是指海表面相對(duì)于平均海表面的偏差。海平面、海平面異常：海平面是指高潮時(shí)海表面和低潮時(shí)的海表面之間的中值；海平面異常指海平面相對(duì)于平均海平面的高度。 2. 概念掌握 兩種衛(wèi)星高度計(jì)：雷達(dá)高度計(jì)；激光高度計(jì)； 前者發(fā)射和接收海面返回的微波，后者發(fā)射和接收海面返回的激光。我國(guó)神舟飛船留軌艙攜帶的是激光高度

27、計(jì)，國(guó)外衛(wèi)星通常攜帶的是雷達(dá)高度計(jì)。海面地形反映了大氣和海洋現(xiàn)象導(dǎo)致的海面相對(duì)于大地水準(zhǔn)面的變化。大地水準(zhǔn)面描繪了海洋的穩(wěn)態(tài)部分，海面地形描述的海面的動(dòng)態(tài)變化。海面地形包含了穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)兩部分。穩(wěn)態(tài)部分如灣流和黑潮的平均流；非穩(wěn)態(tài)部分如潮汐、與大氣高度相關(guān)的波動(dòng)、與季節(jié)變化有關(guān)的海洋冷然變化、行波、流和渦等。高度計(jì)測(cè)量的距離指衛(wèi)星與海面之間呃距離，地球等勢(shì)面指具有一個(gè)確定位勢(shì)的地球等勢(shì)面。 R衛(wèi)星和海表面之間的距離，c是電磁波的傳播速度，t發(fā)射和接收的時(shí)間間隔。海面地形另一種計(jì)算方法 S是衛(wèi)星到參考橢球面的距離，R是衛(wèi)星到海表面之間的距離，是大地水準(zhǔn)面起伏，H =（S-R）是海表面到參考橢球面

28、的距離，（H-）是海表面到大地水準(zhǔn)面的距離，是第i個(gè)原因產(chǎn)生的誤差。海面地形是包含海洋動(dòng)力學(xué)信息的物理量。海表面高度：海表面高度表示海表面相對(duì)于參考橢球面的距離。 海表面異常：海表面高度與平均海表面高度的偏差。 式中各物理量的字母之上加一橫杠分別代表在若干年內(nèi)的平均值。高度計(jì)的應(yīng)用大洋環(huán)流： 目前，利用衛(wèi)星高度計(jì)資料推算大洋環(huán)流最簡(jiǎn)單的方法是將平均海平面與大地水準(zhǔn)面相減，得出動(dòng)力高度，再利用地轉(zhuǎn)方程，算出大洋環(huán)流。海洋潮汐： 衛(wèi)星高度計(jì)測(cè)量海平面高度本身需要進(jìn)行潮汐修正，同時(shí)，它能夠給出全球大洋的潮高空間分布。中尺度海洋現(xiàn)象： 中尺度海洋現(xiàn)象包括渦旋、上升流和鋒面等。中尺度現(xiàn)象活動(dòng)頻繁的區(qū)域一

29、般對(duì)應(yīng)較顯著的海平面變化。利用衛(wèi)星高度計(jì)觀測(cè)中尺度渦旋，首先計(jì)算一條重復(fù)軌跡上的平均海平面高度，再計(jì)算每次重復(fù)數(shù)據(jù)相對(duì)于這一平均高度的斜率，然后利用地轉(zhuǎn)方程算出垂直于軌跡方向的流速，進(jìn)而計(jì)算其動(dòng)能。水準(zhǔn)面與重力異常：大地測(cè)量的基本任務(wù)是確定大地水準(zhǔn)面與重力異常。有效波高：衛(wèi)星高度計(jì)測(cè)量的“有效波高”數(shù)據(jù)主要應(yīng)用在兩個(gè)方面，一是將其同化到海浪數(shù)值預(yù)報(bào)模式中，提供合理的初始場(chǎng)，并改進(jìn)和檢驗(yàn)預(yù)報(bào)模式；二是用衛(wèi)星高度計(jì)有效波高數(shù)據(jù)對(duì)全球的或區(qū)域的海浪場(chǎng)進(jìn)行特征分析，如海況、災(zāi)害性大波要素和海浪場(chǎng)的時(shí)空結(jié)構(gòu)等。海面風(fēng)速：由于海面斜率分布是由海面風(fēng)速引起的。風(fēng)速增加，海表面的“均方斜率”隨之增加，使得雷達(dá)

30、脈沖的側(cè)向散射能量增加，從而導(dǎo)致高度計(jì)后向散射截面0下降。利用這個(gè)原理可以測(cè)量海面風(fēng)速的大小。海冰：利用雷達(dá)高度計(jì)能準(zhǔn)確地測(cè)量冰面高度和冰的體積，因而能跟蹤陸冰層，測(cè)量海上冰蓋的消長(zhǎng)，監(jiān)測(cè)海冰的分布和運(yùn)動(dòng)。這對(duì)全球海平面和氣候變化的研究是至關(guān)重要的。 水深：根據(jù)衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)可以繪出相對(duì)于基準(zhǔn)橢球面的平均海平面等高線圖。厄爾尼諾現(xiàn)象：利用星載高度計(jì)測(cè)量出赤道太平洋海域海面高度的時(shí)間序列，可以分析出其大尺度波動(dòng)傳播和變化的特征，對(duì)厄爾尼諾現(xiàn)象的出現(xiàn)和發(fā)展進(jìn)行預(yù)報(bào)。目前，從海面動(dòng)力高度反演大洋環(huán)流、赤道流、大洋潮汐以及從高度計(jì)回波反演海面風(fēng)速、 有效波高的反演算法基本定型，由大地水準(zhǔn)面反演海洋重力

31、場(chǎng)的算法也基本定型。全球大地水準(zhǔn)面是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，不論是民間或軍事上都是重要的，由大地水準(zhǔn)面反演得到的海洋重力場(chǎng)也是地球物理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，有助于了解海床地質(zhì)結(jié)構(gòu)例如含油氣構(gòu)造等。高度計(jì)測(cè)量的誤差軌道：軌道誤差包括在軌道半徑測(cè)量上的誤差和在軌跡位置確定上的誤差，時(shí)鐘的誤差也產(chǎn)生與軌道誤差等價(jià)的誤差。 坐標(biāo)系誤差：坐標(biāo)系誤差是采用多種不同坐標(biāo)系使用帶來(lái)的。電離層的折射率對(duì)電磁波傳播速度影響帶來(lái)的誤差。 對(duì)流層的折射率對(duì)電磁波傳播速度影響帶來(lái)的誤差：在對(duì)流層內(nèi)，大氣折射率對(duì)電磁波傳播速度帶來(lái)的影響也能帶來(lái)誤差。海浪造成的粗糙海面帶來(lái)的電磁波偏差海浪：造成的粗糙海面也帶來(lái)誤差。雨吸收帶來(lái)的誤差：雨吸收來(lái)自海面

32、的電磁波反射，減小了達(dá)到衛(wèi)星的信號(hào)水平。激光測(cè)距儀的跟蹤偏差極潮汐和逆氣壓等其它因素也產(chǎn)生偏差。第十章 合成孔徑雷達(dá)合成孔徑雷達(dá)：一種主動(dòng)式微波成像雷達(dá)，通過(guò)測(cè)量海面后向散射信號(hào)的幅值及其時(shí)間相位，并通過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚砗?，能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)化后向散射截面的圖像。合成孔徑雷分辨率 y：由雷達(dá)脈沖寬度確定的海面的距離分辨率（單位是m）x：由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的方位分辨率（單位是m） r： 從衛(wèi)星到探測(cè)點(diǎn)的距離（單位是m） c： 電磁波的速度即光速（單位是ms-1）： 雷達(dá)脈沖持續(xù)時(shí)間（單位是s）r = c：雷達(dá)發(fā)出的脈沖寬度（單位是m）： 雷達(dá)波束與垂直方向之間的夾角，即入射角： 雷達(dá)波束與衛(wèi)星飛行方向之間的夾角

33、，即方位角：方位角分辨率：被散射的雷達(dá)信號(hào)的多普勒頻率（單位是Hz）D：天線的孔徑對(duì)于雷達(dá)，由脈沖持續(xù)時(shí)間或者等價(jià)地說(shuō)脈沖寬度確定的距離分辨率是 由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的方位分辨率是 多普勒效應(yīng)：波源和觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率和波源發(fā)出的頻率會(huì)產(chǎn)生差別的現(xiàn)象。方位分辨率：x：由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的方位分辨率（單位是m）由相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引起的接收頻率與發(fā)射頻率之間的“差頻”，通常被稱(chēng)為多普勒頻率。使用來(lái)表示多普勒頻率（單位是Hz），則有 -由于電磁波的傳播速度c遠(yuǎn)大于衛(wèi)星相對(duì)海表面被探測(cè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度w，在公式（10-14）中w/c <<1，所以可忽略不計(jì)。所以 -式中是雷達(dá)發(fā)射的電磁

34、波波長(zhǎng)；是方位角（azimuth angle），即雷達(dá)波束與衛(wèi)星速度w之間的夾角；衛(wèi)星相對(duì)海面上探測(cè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度w= w cos，由圖10-4顯示的示意圖容易理解這個(gè)關(guān)系。這里w是衛(wèi)星相對(duì)于地球的速度，w是衛(wèi)星相對(duì)于海面上探測(cè)點(diǎn)的速度。公式表示了多普勒頻率與方位角 之間的關(guān)系。使用方位角的微分來(lái)表示多普勒頻率的微分，有 -如果我們使用代表多普勒頻率的分辨率，使用代表方位角分辨率，那么，方位角分辨率可近似表示為 -根據(jù)離散數(shù)據(jù)的譜估計(jì)理論可知，頻率分辨率由采樣長(zhǎng)度決定，頻率分辨率等于采樣長(zhǎng)度的倒數(shù)。因此，多普勒頻率的分辨率|可以通過(guò)采樣時(shí)間長(zhǎng)度近似地表示為 -通過(guò)舉例可以對(duì)公式（10-18）做出

35、物理解釋。例如，如果采樣時(shí)間長(zhǎng)度=1秒，即我們只在1秒鐘的時(shí)間內(nèi)采集了數(shù)據(jù)，那么，可分辨波動(dòng)的最大周期是1秒鐘；換句話說(shuō)，可分辨波動(dòng)的最小頻率是=1赫茲。因?yàn)槲覀儍H僅采集了1秒鐘的數(shù)據(jù)，我們不可能分辨出更長(zhǎng)周期的波動(dòng)，譬如周期為10秒的、頻率為1/10赫茲的波動(dòng)，因?yàn)椴蓸訒r(shí)間長(zhǎng)度確定了分辨率。將代入到，我們獲得 使用XD = w 表示在整個(gè)采樣時(shí)間 內(nèi)衛(wèi)星移動(dòng)的距離，則方位角分辨率變?yōu)?在推導(dǎo)的最后一步，我們獲得了合成孔徑雷達(dá)的方位分辨率，即 式中 XD =w 表示在整個(gè)采樣時(shí)間 tS 衛(wèi)星移動(dòng)的距離。比較兩個(gè)公式（10-21）和（10-26），我們可以發(fā)現(xiàn) 2XDsin 和真實(shí)孔徑 D 在各

36、自公式中的作用相同，這等同于通過(guò)合成孔徑技術(shù)取得了一個(gè)比較大的天線孔徑。合成孔徑技術(shù)意味著依據(jù)多普勒效應(yīng)，采用“混頻”技術(shù)產(chǎn)生多普勒頻率，然后運(yùn)用“低通濾波”技術(shù)剔除隨之產(chǎn)生的高頻成分而只保留多普勒頻率成分。不但這些多普勒頻率的電磁波攜帶著地球表面粗糙度的信息，而且這些地球表面信息具有比傳統(tǒng)雷達(dá)更高的空間分辨率。所以，這種能夠利用多普勒效應(yīng)攜帶高分辨率地球表面信息的雷達(dá)被稱(chēng)為合成孔徑雷達(dá)SAR。距離分辨率 S是衛(wèi)星，是入射角，線段SC代表衛(wèi)星與探測(cè)點(diǎn)之間的距離（range），線段AB代表沿雷達(dá)波束在地面的投影方向上能夠分辨的最小距離，我們稱(chēng)之為距離分辨率（range resolution），并使用y表示之。2. 概念掌